Oborová kontaktní organizace pro průmyslový výzkum a vývoj v ČR Svaz průmyslu a dopravy České republiky Oborová kontaktní organizace materiály, technologie a výrobní procesy Česká společnost pro nové materiály a technologie IV. řada Evropská strategie výrobních procesů 3 SOUČASNÝ STAV VÝZKUMU A APLIKACE MIKROTECHNOLOGIÍ V ČESKÉ REPUBLICE Tasilo Prnka, Jiřina Shrbená Srpen 2005 1
Svaz průmyslu a dopravy (SP ČR) a Česká společnost pro nové materiály a technologie (ČSNMT) jsou řešiteli projektů programu MŠMT EUPRO, vyhlášeného na podporu integrace českého výzkumu a vývoje do sítě evropských pracovišť. SPD řeší projekt OK 452 Oborová kontaktní organizace pro průmyslový výzkum a vývoj v ČR, ČSNMT řeší projekt OK 446 Oborová kontaktní organizace pro materiály, technologie a výrobní procesy. V rámci řešení projektů vydávají obě organizace další příručku, třetí ve čtvrté řadě. Čtvrtá řada je věnována evropské strategii výrobních procesů a mikrotechnologie mezi nimi zaujímají velmi významné místo.. Doc.Ing.Karel Šperlink,CSc. vice-prezident SP ČR prezident ČSNMT 2
Dosud vydané publikace: I.ŘADA VĚNOVANÁ 5. RP Č.1 Rámcové programy EU v oblasti výzkumu a vývoje základní informace 10/2000, ISBN 80-86122-69-7 Č.2 Příručka pro hodnocení návrhů projektů 10/2000, ISBN 80-86122-68-9 Č.3 Vzorová smlouva pro výzkumné projekty EU 10/2000, ISBN 80-86122-70-0 Č.4 Vzorová konsorciální smlouva 7/2001, ISBN 80-86122-83-2 Č.5 Výzkum nanotechnologií a nanomateriálů v Evropě a USA, autor T.Prnka 7/2001, ISBN 80-86122-86-7 II.ŘADA VĚNOVANÁ 6.RP Č.1 Šestý rámcový program evropského výzkumu základní informace 11/2001, ISBN 80-86122-95-6 Č.2 Pravidla účasti podniků, výzkumných center a vysokých škol v 6. rámcovém programu Evropského společenství a pravidla pro rozšiřování výsledků tohoto programu 11/2002, ISBN 80-86122-96-4 Č.3 Pravidla účasti podniků, výzkumných center a vysokých škol na realizaci 6. Rámcového programu EU a pravidla pro rozšiřování výsledků 5/2003, ISBN 80-7329-040-5 Č.4 Vzor hlavní smlouvy pro projekty 6.rámcového programu evropského výzkumu Příklad konsorciální smlouvy 8/2003, ISBN 80-7329-045-6 Č.5 Investice do výzkumu: Akční plán pro Evropu 7/2003, ISBN 80-7329-044-8 Č.6 Nanotechnologie, autoři T.Prnka, K.Šperlink 8/2004, ISBN 80-7329-070-7 III. ŘADA INOVACE V EVROPSKÉ UNII Č.1 Evropská unie a inovace, autoři T.Prnka, F.Hronek a K.Šperlink 9/2002, ISBN 80-7329-010-3, 1.vydání Č.2 Inovační politika v Evropě v letech 2000 a 2001 10/2002, ISBN 80-7329-018-9 Č.3 Evropský inovační zpravodaj 2002 3/2003, ISBN 80-7329-031-6 Č.4 Evropská unie a inovace, autoři T.Prnka, F.Hronek a K.Šperlink 5/2003, druhé, aktualizované vydání, ISBN Č.5 Podnikání v Evropě (Zelená kniha) 6/2003, ISBN 80-7329-043-X Č.6 Výzkum, vývoj a inovace v Evropském parlamentu a Evropském hospodářském a sociálním výboru 4/2004, ISBN 80-7329-060-X Č.7 TRENDCHART Komplexní obraz inovační politiky v Evropě 7/2004, ISBN 80-7329-067-7 Č.8 Další rozvoj podnikání v Evropě 9/2004, ISBN 80-7329-071-5 IV. řada Evropská strategie výrobních procesů Č.1 Průmyslová politika v rozšířené Evropě 4/2004, ISBN 80-7329-061-8 Č.2 MANUFUTURE model globálně pojaté výroby založené na znalostech 4/2004, ISBN 80-7329-062-6 Česká společnost pro nové materiály a technologie 3
ISBN OBSAH 1. Úvod 2. Charakteristika oboru 2.1. Definice a názvosloví 2.2. Nomenklatura 2.3. Metodika provedeného průzkumu 3. Výzkum a vývoj mikrotechnologií v ČR 3.1. Ústavy AV ČR 3.2. Univerzita Karlova 3.3. Masarykova univerzita v Brně 3.4. České vysoké učení technické v Praze 3.5. Vysoké učení technické v Brně 3.6. VŠB Technická univerzita v Ostravě 3.7. Univerzita Palackého v Olomouci 3.8. Univerzita Pardubice 3.9. Vysoká škola chemicko-technologická v Praze 3.10.Technická univerzita v Liberci 3.11.Západočeská univerzita v Plzni 3.12.Univerzita J.E, Purkyně v Ústí nad Labem 3.13.Výzkumná a vývojová pracoviště soukromého sektoru 4. Výrobní společnosti 4.1. Velké podniky 4.2. Malé s střední podniky 5. Přehled výzkumné a vývojové činnosti 5.1. Pracoviště ústavů AV ČR 5.2. Pracoviště vysokých škol 5.3. Výzkumná a vývojová pracoviště soukromého sektoru 5.4. Přehled činnosti výzkumných pracovišť podle kódů 6. Přehled činnosti výrobních společností 6.1. Přehled činnosti velkých podniků 6.2. Přehled činnosti malých a středních podniků 7. Celkové zhodnocení výzkumných a výrobních činností v oblasti mikrotechnologií, 81 7.1. Výzkum a vývoj 7.2. Výrobní oblast 8. Závěry Příloha 4
1. ÚVOD Od vynálezu mikroprocesoru v roce 1971 se miniaturizace postupně vyvinula ve skutečnou vědu s mnoha aplikačními oblastmi. Hlavní hnací silou zmenšování rozměrů a hmotnosti součástek, zařízení a systémů byla a je jejich vyšší spolehlivost, menší výrobní náklady a nižší cena. Hlavním nositelem tohoto vývoje jsou křemíkové integrované obvody a technologie jejich pouzdření. Integrované obvody s jejich fantastickým zvýšením komplexnosti a hustoty jsou zajisté hlavním motorem miniaturizace, ale technologie jejich pouzdření umožnily jejich realizaci. V průběhu doby hustota integrovaných obvodů či kapacita paměťových čipů se zdvojnásobuje každých 18 měsíců (Mooreův zákon). S postupující miniaturizací se mnoho užitečných zařízení stalo přenosnými, např. mobilní telefon, televizor, počítač, přehrávač hudby atd., přičemž se tato zařízení stala současně levnější, inteligentnější a spolehlivější. Stejně jako je tomu v případě elektroniky a elektromechanických systémů, existuje podobný potenciál miniaturizace v zařízeních, která přenášejí teplo nebo řídí chemické reakce. Miniaturizace, umožněná využitím mikrotechnologiemi, se dnes uplatňuje v mnoha odvětvích, kde je potřeba snižovat velikost a hmotnost výrobků při jejich zvýšené spolehlivosti, snižovat spotřebu energie a materiálů. Aplikace mikrovýrobků již přinášejí a budou přinášet i v budoucnosti významné ekonomické, ekologické a další přínosy v odvětvích jako jsou: výroba a spotřeba energie, doprava, vesmírné technologie, chemie, zdravotnictví, ochrana životního prostředí, elektronika, informace a telekomunikace, obrana a ochrana atd. Zatím co řada mikrotechnologií je již využívána v praxi nebo je předmětem aplikovaného výzkumu a vývoje, miniaturizace dále postupuje ke své konečné rozměrové metě k nanometrům. Základní výzkum nanotechnologií je již plně rozvinut a byly již zaznamenány prvé aplikace 1. V rozvoji a využití mikrotechnologií dnes dominují zejména USA, Německo a Japonsko. Zatím co v USA se soustřeďují především na výzkum a vývoj částí mikroelektromechanických systémů (MEMS), zařízení pro informační technologie, biomedicínské a genetické inženýrství, Německo dominuje v senzorových technologiích pro automobilový průmysl a Japonsko má již tradičně silnou pozici v mikrobrábění, jemné mechanice, v zařízeních pro informační technologie a zejména ve spotřební elektronice. Intenzivní aplikovaný výzkum. vývoj a aplikace mikrotechnologií probíhají rovněž ve Švýcarsku, Velké Británii, Francii, v Číně, na Taiwanu a v Koreji. Situace v České republice bude charakterizována v této publikaci. 1. CHARAKTERISTIKA OBORU 1.1 DEFINICE A NÁZVOSLOVÍ Mikrotechnologie je výraz, který je nezbytné blíže vysvětlit, protože se v odborné češtině prozatím běžně neužívá. Jak předpona mikro- naznačuje, jedná se o technologii 2 uplatňovanou v rozměrové škále mikrometrů. Mikrotechnologie (microtechnology, die Mikrotechnik, mikrotechnika) je konvergencí množství technologií a disciplín fyziky, chemie, biotechnologie, inženýrství, medicíny, materiálových věd, nanotechnologie, mikroelektroniky, informačních technologií atd. 1 Prnka,T., Šperlink,K.: Nanotechnologie, vyd. Repronis Ostrava, 2004, ISBN 80-7329-070-7 2 Technologie: a) obor zabývající se uplatňováním přírodovědných, zvláště fyzikálních a chemických poznatků při zavádění, zdokonalování a využívání výrobních postupů b) výrobní postup založený na tomto oboru 5
uplatňujících se ve strukturách, zařízeních a systémech s objekty v rozměrové škále mikrometrů 3. Mikrotechnologie je rovněž schopnost využívat syntetické prostředky pro zpracovávání materiálů, zařízení a systémů v rozměrové škále mikrometrů. Dnešní mikrotechnologie se vyvinula jednak z elektroniky, jednak z přesné mechaniky postupnou miniaturizací. V šedesátých letech minulého století se zjistilo, že uspořádáním velkého množství mikroskopických tranzistorů na jednom čipu se mohou vytvářet mikroelektronické obvody, které dramaticky zvýší výkonnost, funkčnost a spolehlivost elektronických zařízení, při jejich snížené ceně a možnosti sériové výroby. Rozvinula se mikroelektronika. Výsledkem byla informační revoluce s jejími produkty jako jsou internet, osobní počítače, laptopy a palmtopy, mobilní telefony, MP3 přehrávače atd. Mnohem později se zjistilo, že je účelné, ale i možné miniaturizovat nejen elektrická zařízení, ale i mechanická zařízení. Zatím co mikroelektronika je mozkem pokrokových systémů a výrobků, mikromechanická zařízení se uplatňují zejména v senzorech a aktuátorech (akčních členech), které jsou spojením zařízení s vnějším světem. Dnes jsou mikromechanická zařízení (mikrostroje ilustrační příklad Obr.1) klíčovými Obr. 1: Planetová mikropřevodovka (IMM Mainz, Německo) komponenty ve velkém množství výrobků jako jsou např. automobilové airbagy, monitory krevního tlaku a projekční displeje. Z prognóz vyplývá, že tato zařízení se v blízké budoucnosti stanou stejně významná jako současná elektronická zařízení. V osmdesátých letech minulého století se v odborné literatuře objevil termín MEMS mikroelektromechnické systémy (též mikrosystémy ilustrační příklad Obr.2). Za tímto termínem se skrývají nové sofistikované mechanické systémy na čipu jako jsou elektrické mikromotory, rezonátory, ozubená kola a rohatková ústrojí atd. Termín MEMS se dnes používá pro jakékoliv mikroskopické zařízení s mechanickou a elektrickou funkcí, které je umístěno na čipu a může být vyráběno sériově. Termín se tedy nevztahuje např. na laserem obrobený stent nebo součásti hodinek. V Evropě se často místo termínu MEMS používá termín mikrosystémová technologie (MST). MEMS se již uplatňují např. v automobilových senzorech nebo v inkoustových tiskárnách. Je-li do systému integrováno i optické zařízení, jde o MOEMS (mikrooptoelektromechanický systém). V letošním roce se celosvětově očekává prodej MEMS ve výši cca 12 mld.. Největším úspěchem mikrotechnologie jsou beze sporu integrované obvody (mikroelektronika). Mikrotechnologie se však rozvíjejí rovněž i v oblasti mikrochemických systémů (MECS) (analytické systémy, mikroreaktory, mikroseparátory, výměníky tepla, tepelná čerpadla, absorbéry plynu atd.) 4, v mikrobiotechnologiích (např. biočipy pro DNA analýzu), při stavbě sondových mikroskopů a v dalších odvětvích. Trh s mikrotechnologiemi má celosvětově v roce 2005 dosáhnout hodnoty 68 mld. 5. 3 http://www.microtechnologycrc.com 4 D.L.Brenchley: Application for Micro Chemical and Thermal Systems, IMRET 5 Conference, 5/2001 5 NEXUS Market Study 2002 6
Obr. 2: Část mikroelektromechanického systému (MEMS). Rohatkový systém vyrobený pětiúrovňovou technologií. (MEMX, Ltd., Santa Clara, Ca., USA) V průběhu času, s postupující miniaturizací komponent a výrobků, se postupně upřesňovaly rozměrové škály. Rozměry malých strukturních prvků přesné (jemné) mechaniky leží v rozsahu cca 0,1 1 mm. Mikrotechnologiím je vymezen rozsah cca 100 nm 100 µm. Oblast pod 100 nm je doménou nastupující technologie nanotechnologie. Hranice mezi jednotlivými technologiemi nejsou ostré. Jednou z významných oblastí mikrotechnologie je mikroobrábění (micromachining ilustrační příklad Obr.3). Hovoří se o klasických metodách mechanického mikroobrábění (frézování, soustružení, hoblování, vrtání, broušení, lapování, leštění atd.) a o nekonvenčních metodách jako jsou elektrochemické, laserové, plazmové aj. mikroobrábění. Do pojmu mikrobrábění se zahrnují i postupy používané při výrobě integrovaných obvodů povrchové a objemové Obr. 3: Stolní mikrofrézovací a mikrovrtací zařízení 5. Schopnost rozlišení- 100nm, pracovní přesnost-2,5µm, přesnost polohování-1µm (Kern Micro-und Feinmechanik GmbH & Co,KG,Murnau) mikroobrábění, fotolitografie, iontová implantace, suché a mokré leptání, elektroplátování aj. Za mikroobrábění se považuje úprava a zpracování materiálu v rozměrové oblasti od přibližně 1 µm do cca 2 mm 6. V dostupných slovnících byly nalezeny definice následujících českých výrazů souvisejících s mikrotechnologiemi: Akademický slovník cizích slov, Academia, Praha, 1995: mikroanalýza, mikrobiologie, mikroelektronika, mikrofyzika, mikrogeometrie, mikrochemie, mikrochirurgie, mikromanipulátor, mikrominiaturizace, mikroneurochirurgie, mikropočítač, mikroprocesor, mikroskopie, mikrostruktura, mikrotechnika. Technický slovník naučný, Encyklopedický dům, Praha, 2003: mikrobiomechanika, mikroelektronika, mikrofiltrace, mikrofotografie, mikrogeometrie povrchu, mikrolitografie, mikromechanická technologie, mikropočítač, mikroprocesor, 6 M.Oettle: Vysoký výkon a přesné obrábění miniaturními nástroji, MM průmyslové spektrum, 3/2005, str. 60 7
mikroskop, mikrostruktura, mikrovlákno, přesná mechanika (též jemná mechanika die Feinmechanik). V české odborné či populárně vědecké literatuře se vyskytují další výrazy, většinou překlady z angličtiny: mikroobrábění (micromachining), mikrotváření, mikromontáž, mikroohýbání, mikrosystémy (micro systems), mikroelektromechanické systémy (microelectromechanical systems MEMS), mikrosenzor, mikrosnímač, mikroaktuátor, mikrofluidika, mikropočítač aj. 1.2 NOMENKLATURA Jak vyplývá z výše uvedené definice, je mikrotechnologie velmi široký obor a tudíž jeho nomenklatura je velmi rozsáhlá. Na příklad, nomenklatura velkého mezinárodního veletrhu mikrotechnologie MICRONORA, který se koná každé dva roky ve francouzském Besanconu (16. veletrh se bude konat v roce 2006), je rozdělena na dvě skupiny: a) podle mikrotechnologií (192 položek), b) podle výrobních zařízení, nástrojů, výrobků a služeb (204 položek) 7. Existuje řada dalších nomenklatur a třídění.. Pro účely této zprávy byly zvoleny dva způsoby třídění problematiky. Oborová klasifikace ekonomických činností (OKEČ) pro hodnocení ekonomických činností výrobních podniků Třídění vytvořené autory této zprávy pro hodnocení činnosti výzkumných a vývojových pracovišť. Podle tohoto třídění byly hodnoceny i výrobní podniky 1.2.1 OKEČ Z OKEČ byly vybrány jako vhodné pro hodnocení činností výrobních podniků v oblasti mikrotechnologií následující subsekce a třídy: DG Chemický a farmaceutický průmysl 24.66.9 Výroba dalších chemických látek a přípravků Podtřída zahrnuje m.j. výrobu pomocných přípravků pro moření, cementování a zpracování kovů a ostatních chemických přípravků DI průmysl skla, keramiky, porcelánu a stavebních hmot 26.24 Výroba ostatních technických keramických výrobků Třída zahrnuje výrobu keramických nebo porcelánových výrobků pro laboratorní, chemické, průmyslové nebo technické účely DJ Výroba kovů a kovodělných výrobků 27.41 Výroba a zpracování ušlechtilých kovů Třída zahrnuje výrobu surových drahých kovů v základních tvarech nebo ve formě prachu (např. zlata, stříbra, platiny, paladia) a slitin drahých kovů, plátování obecných kovů stříbrem, zlatem a platinou, stříbra zlatem nebo platinou a zlata platinou. 28.51 Povrchová úprava a zušlechťování kovů 7 www.micronora.com 8
Třída zahrnuje průmyslové práce prováděné pro třetí stranu: galvanické pokovování kovů, eloxování kovů, tepelné zpracování kovů, barvení a lakování kovů, mechanické úpravy kovů (leštění, tryskání, pískování). 28.52 Všeobecná strojírenská činnost pro třetí strany Třída zahrnuje všeobecné strojírenské práce prováděné pro třetí stranu: vrtání, soustružení, frézování, hoblování, lapování, ohýbání, řezání a popisování kovů laserovými paprsky, sváření, lepení pájení atd. DK Výroba strojů a zařízení 29.56.9 Výroba a opravy jiných účelových strojů Podtřída zahrnuje m.j. výrobu různých speciálních strojů a zařízení DL Výroba elektrických a optických přístrojů 30.20 Výroba počítačů a ostatních zařízení pro zpracování informací Třída zahrnuje výrobu strojů pro automatické zpracování dat včetně mikropočítačů (stroje digitální, analogové, hybridní), periferních jednotek (např. tiskárny, terminály, magnetické nebo optické snímače, stroje na přenos dat na datová média v kódovaném stavu) a výrobu dílů počítačů. Tato podskupina nezahrnuje výrobu elektronických součástek, použitelných do zařízení řízených počítači. 31.61 Výroba elektrických zařízení pro motory a vozidla Třída zahrnuje výrobu elektrických zařízení pro motocykly a automobily, dílů osvětlovacích, signalizačních a podobných zařízení k motorovým vozidlům. 32.10 Výroba elektronek a jiných elektronických součástek Třída zahrnuje výrobu žhavených nebo studených katod, fotokatodových elektronek nebo obrazovek, tranzistorů, polovodičových prvků citlivých na světlo, instalovaných piezoelektrických krystalů, elektronických instalovaných obvodů a mikrosestav (např. monolitické nebo hybridní integrované obvody, mikromoduly), výrobu tištěných spojů, elektrických kondenzátorů, odporů a potenciometrů. 32.20. Výroba rozhlasových a televizních vysílačů a telefonních přístrojů 32.30. Výroba rozhlasových a televizních přijímačů, přístrojů pro záznam a reprodukci zvuku nebo obrazu a podobných radiových zařízení Třída zahrnuje výrobu rozhlasových a televizních přijímačů, videomonitorů a videoprojektorů, videopřístrojů, videokamer, nahrávačů a přehrávačů DVD, magnetofonů, telefonních záznamníků, kazetových magnetofonů, mikrofonů, reproduktorů, sluchátek, zesilovačů, anténních parabol, televizních dekodérů, výrobu ústředen, koncových komunikačních zařízení s instalací telekomunikačních systémů. 33.10 Výroba zdravotnických přístrojů a zařízení, chirurgických a ortopedických pomůcek Třída zahrnuje výrobu přístrojů a zařízení užívaných pro lékařské nebo veterinární účely (např. elektrokardiograf, ultrazvukové diagnostické zařízení, scintilační snímače), aparatur využívajících rentgenových paprsků, kardiostimulátorů apod. 9
33.20 Výroba měřicích, kontrolních, zkušebních, navigačních a jiných přístrojů, kromě zařízení pro řízení průmyslových procesů Třída zahrnuje výrobu nástrojů na kreslení, rýsování, vytyčování nebo matematickou kalkulaci (např. mikrometry, posuvná měřítka, měřicí tyče apod.), mikroskopů jiných než optických a difrakčních přístrojů, přístrojů na měření a zkoušení elektrických veličin, navigačních, meteorologických, geofyzikálních a podobných přístrojů a zařízení (např. seismometry, dálkoměry, ultrazvukové sondy, radarové přístroje, přístroje pro leteckou navigaci), strojů a zařízení pro testování mechanických vlastností materiálů, přístrojů a pomůcek pro provádění fyzikální nebo chemické analýzy (spektrometry, fotometry, phmetry aj.), přístroje a pomůcek pro měření a zkoušení průtoku, hladiny, tlaku nebo jiných proměnných hodnot u kapalin nebo plynů (měřiče tepla, průtokoměry, manometry apod.), různých měřicích zkušebních a testovacích přístrojů a nástrojů, aparatur a strojů ( hustoměry, teploměry, barometry, otáčkoměry, taxametry, tachometry, testovací stolice apod.), optických měřicích a zkušebních pomůcek a nástrojů. 33.30 Výroba zařízení pro řízení průmyslových procesů Třída zahrnuje projektování a sestavení kontrolních systémů pro průmyslové procesy. 33.40 Výroba optických a fotografických přístrojů a zařízení Tato třída zahrnuje výrobu optických prvků (neopracované optické prvky jiné než skleněné hranoly, čočky, optická zrcadla, barevné filtry), optických vláken a kabelů z nich pro přenos obrazů, optických přístrojů (např. optické mikroskopy, zařízení pro mikrofotografii a mikroprojekci, lasery s výjimkou laserových diod), fotografických a kinematografických zařízení (včetně zařízení pro kopírování předloh tištěných spojů na senzibilní polovodičové materiály a projekčních stínítek). 33.50 Výroba časoměrných přístrojů Třída zahrnuje výrobu hodin a hodinek všeho druhu, včetně hodin přístrojových, zařízení pro záznam času a dílů k hodinkám (např. pružiny, kameny, apod. ilustrační příklad Obr.4). Obr. 4: Nejznámější stroj, při jehož výrobě se využívají mikrotechnologie 1.2.2 Třídění pro hodnocení výzkumné a vývojové činnosti Na základě rozboru dostupných informací o rozvoji výzkumu mikrotechnologií zvolena následující nomenklatura: byla A - Polovodiče a součástky pro mikroelektroniku B - Komunikační mikrosystémy 10
C - MEMS, MOEMS D Technologie v mikroměřítku (mechanické mikroobrábění, litografie, chemické a jiné technologie) E - Mikrosenzory F - Výrobní zařízení pro mikrotechnologie a jejich součásti G - Mikroanalytická zařízení, jejich součásti, analytické metody H - Mikrosystémy pro využití v biotechnologii a medicíně I - Metrologie J - Mikrochemické systémy K - Mikrotepelné systémy L - Materiály pro mikrotechnologie (částice, vrstvy, kompozity, ) M - Optika a optoelektronika N - Ostatní výrobky mikrotechnologických zařízení a výroba zařízení (přístrojů, systémů) s mikrotechnologickými součástkami či systémy (např. počítače, různé přístroje a zařízení, spotřební elektronika apod.) 1.3 METODIKA PROVEDENÉHO PRŮZKUMU Jak již bylo uvedeno, termín mikrotechnologie se v České republice zatím nevžil. Svědčí o tom např. i to, že jediný vědecký časopis v tomto oboru, vydávaný v češtině Fyzikálním ústavem AV ČR, má tradiční název Jemná mechanika a optika a ve vymezení oborů, na které se časopis zaměřuje, není žádný, který by začínal s předponou mikro-. Při hodnocení zaměření jednotlivých výzkumných a vývojových pracovišť a výrobních společností bylo proto postupováno tak, že byly brány v úvahu i ty činnosti, které potenciálně mohou sloužit rozvoji a aplikacím mikrotechnologií v různých výrobních oborech. Tak např. byl zaznamenán výzkum miniaturizace analytických separačních metod v Ústavu analytické chemie AV ČR, i když nebylo uvedeno rozměrové měřítko této miniaturizace nebo výroba polotovarů drahých kovů ve firmě SAFINA, protože tyto kovy se v mikrovýrobcích uplatňují. Byla zaznamenána i činnost firem vyrábějících výrobky, které obsahují mikrotechnologické komponenty nebo i jednotlivé prvky či materiály zasahující rozměrově do oblasti mikrometrů, podle výše uvedené definice. Byly tedy zaznamenány výrobci televizorů, obrazovek, TV a radio vysílačů, počítačů, výrobci komponent pro automobilový průmysl atd.. Hlavním důvodem pro to byla představa, že rozvoj těchto odvětví v ČR může působit jako tlak trhu na rozvoj domácího výzkumu mikrotechnologií. O tom, že tomu tak je, svědčí zakládání vývojových center v soukromém sektoru, většinou však zahraničními subjekty. 2. VÝZKUM A VÝVOJ MIKROTECHNOLOGIÍ V ČR Výzkumnou činnost v oblasti mikrotechnologií provádějí v různém rozsahu a s různou kapacitou následující pracoviště akademické sféry a soukromého sektoru. každého pracoviště v jednotlivých organizací je označena kódem podle části 2.2. a pro jednotlivé organizace jsou kódy vyjádřeny i souhrnně. Při hodnocení se nerozlišoval typ výzkumu a vývoje (základní, aplikovaný, vývoj). V řadě případů provádějí jednotlivé organizace výzkumnou činnost bez představy uplatnění jejích výsledků v oblasti mikrotechnologií. Z odborného odhadu však vyplynula celá řada potenciálních možností využití a uplatnění výsledků výzkumných prací při aplikaci mikrotechnologií, a proto jsou tyto činnosti ve zprávě charakterizovány. 11
2.1 ÚSTAVY AV ČR 2.1.1 Ústav přístrojové techniky AV ČR Královopolská 147, 612 64 Brno http://www.isibrno.cz Ústav přístrojové techniky byl založen roku 1957 jako instituce zajišťující přístrojové vybavení pro další ústavy Akademie věd v mnoha oblastech. Zpočátku měl ústav 83 zaměstnanců, ale jejich počet postupně rostl a v roce 1989 dosahoval 240. Během procesu transformace Akademie věd, který probíhal po roce 1989, byly v ústavu ponechány pouze nejperspektivnější oblasti bádání a následně byl snížen počet zaměstnanců na současný stav 95 na plný úvazek. Struktura vědeckých oddělení ústavu byla změněna tak, aby vycházela z badatelského zaměření projektů, které jsou řešeny výzkumnými týmy. Týmy zabývající se spřízněnou problematikou se sdružují do laboratoří a laboratoře tvoří tři obory: Obor elektronová optika Obor nukleární magnetické rezonance Obor koherenční optiky Oblasti výzkumu: Tým plynových laserů a laserové interferometrie: laserové normály délky, laserové interferometry a refraktometry. Kód: I Tým mikroskopie s pomalými elektrony: adaptace standardního REM na SLEEM, vývoj ultravysokovakuového mikroskopu SLEEM, vývoj nízkonapěťového prozařovacího mikroskopu. Kód: G Tým environmentální mikroskopie a detekce signálních elektronů: detekce signálních elektronů, rozvoj environmentální mikroskopie. Kód: G Tým přípravy a charakterizace tenkých vrstev a multivrstev: depozice tenkých vrstev magnetronovým napařováním. Kód:D Tým měření a zpracování signálů v medicíně: konstrukce přístrojů (pro mikroneurochirurgii, biologické zesilovače aj.), přístroje pro kardiovaskulární diagnostiku. Kód: H Tým koherentních polovodičových laserů a jejich aplikací: etalony optických frekvencí, interferometrie s polovodičovými lasery. Kód: I Tým scintilačních a katodoluminiscenčních systémů: optimalizace detektorů, výzkum scintilátorů. Kód: E 12
Tým optických mikromanipulačních technik: vývoj optické pinzety, vývoj optického skalpelu. Kód: D, G, H Tým mikrolitografické technologie: výzkum technologie mikrolitografie pomocí elektronového litografu (velkoplošné mikrostruktury pro difrakční optické elementy pro formování laserového svazku, výzkum submikronmetrových difrakčních holografických struktur pro průmyslové aplikace holografie, vytváření struktur v tenkých vrstvách kovů a dielektrikách na křemíkových podložkách pro biosenzory a vodivostní chemické senzory. Kód: F, D Kódy souhrnně: D, E, F, G, H, I 2.1.2 Ústav radiotechniky a elektroniky AV ČR Chaberská 57, 182 51 Praha 8 http://www.ure.cas.cz Ústav radiotechniky a elektroniky (ÚRE) byl založen v roce 1954. Hlavní aktivitou ÚRE je základní a aplikovaný výzkum, doplňovaný metrologií, publikační činností a výukou. Hlavními oblastmi výzkumu jsou fotonika, optoelektronika a elektronika. V těchto oblastech ÚRE rozvíjí vědeckou úroveň znalostí a zabývá se rovněž vývojem nových špičkových technologií. Jako uznání toho, jak ÚRE vyniká v oblasti metrologie času a frekvence, bylo ÚRE pověřeno odpovědností za Národní standard času a frekvence. V ústavu pracuje 130 pracovníků. Nejdůležitější aktivity ústavu pokrývá činnost ve třech sekcích: Sekce fotoniky Výzkum fotoniky je zaměřen na fotonické materiály, struktury a zařízení pro optické komunikace a senzory. Hlavními výzkumnými směry jsou: řízená vlnová fotonika, materiálový výzkum vláknové optiky, difrakční optický výzkum, výzkum optických senzorů. Sekce má oddělení tři oddělení: oddělení vlnovodné fotoniky, oddělení optických senzorů a oddělení technologie optických vláken Kód: E, M Sekce elektronických systémů a signálů V oblasti systémů pro generaci, přenos a zpracování signálů je výzkum zaměřen zejména na metrologii času a frekvence, radiové komunikace, optické komunikace, analýzu řeči a syntézu a na vlastnosti elektromagnetického pole živých buněk. Sekce má tři oddělení: oddělení širokopásmových signálů, oddělení číslicového zpracování signálu a syntézy řeči a oddělení přesného času a kmitočtů. Kód: I Sekce materiálů Sekce je rozdělena do dvou oddělení oddělení technologie a oddělení diagnostiky. Výzkum je zaměřen zejména do oblasti moderních materiálů pro optoelektroniku a soustřeďuje na experimentální charakterizaci, teoretické modelování a přípravu zejména polovodičů, specielních skel a opticky nelineárních krystalů. V ústavu jsou vybudovány technologické laboratoře na vytváření objemových krystalů a epitaxních vrstev některých polovodičových materiálů AIIIBV a na růst opticky nelinearních krystalů. V oblasti charakterizace zahrnují hlavní aktivity nízkoteplotní fotoluminiscenční spektroskopii a 13
výzkum elektrických a transportních vlastností polovodičových materiálů. Bylo vybudováno pracoviště elektronové emisní mikroskopie a spektroskopie pro analýzu polovodičových nanostruktur. V laboratoři sekundární iontové hmotové spektroskopie (SIMS) jsou zkoumány základní dynamické procesy a přenos náboje při dopadu atomové částice na povrch pevné fáze. Koncepty vyvinuté ve fyzice pevných látek jsou aplikovány při teoretickém studiu fotonických krystalů. Kód: M, A, L Kódy souhrnně: A, E, M, I, L 2.1.3 Fyzikální ústav AV ČR Na Slovance 2, 182 21 Praha 8 http://www.fzu.cz Fyzikální ústav AV ČR (FZÚ) byl založen v roce 1954. Základní činností FZÚ je vědecký výzkum především v oblastech fyziky elementárních částic, kondenzovaných systémů, pevných látek, optiky a laserového plazmatu. Organizačně je ústav rozdělen do pěti sekcí, které se dále člení na oddělení (30 oddělení), a ta na laboratoře: Sekce fyziky elementárních částic Sekce fyziky kondenzovaných systémů Sekce fyziky pevných látek Sekce optiky Sekce výkonových systémů S výjimkou Sekce fyziky elementárních částic, všechny ostatní sekce provádějí základní a aplikovaný výzkum, který může přispět rozvoji mikrotechnologií. Sekce fyziky kondenzovaných látek Zahrnuje vědecká oddělení dielektrik, kovů, magnetických materiálů, teorie kondenzovaných systémů a oddělení chemie. V oddělení dielektrik se výzkum soustřeďuje zejména na feroelektrické kapalné krystaly, keramické a nanostrukturní materiály s vysokou permitivitou a na tenké vrstvy. Oddělení je unikátním centrem dielektrické spektroskopie v extrémně široké oblasti frekvencí 1 až 10 14 Hz. Ve skupině technologií se provádí výzkum a příprava feroelektrických nanoprášků, feroelektrických-dielektrických nanokompozitů a čistých, kompozitních a mnohovrstvých filmů metodou sol-gel. oddělení kovů se po období studia plastické deformace železa a jeho slitin soustředila na vztah mezi strukturou a vlastnostmi kovových slitin, intermetalik a slitin s tvarovou pamětí. Nedávný výzkum přispěl k porozumění vlastností hranic zrn v těchto materiálech. Hlavními tématy v oddělení magnetismu bylo studium feromagnetických domén a feromagnetické rezonance. V posledních letech se výzkum zaměřil na amorfní, nanostrukturní a supravodivé systémy s nadějnými aplikacemi, jako jsou magnetické senzory, spintronické komponenty i permanentní supravodivé magnety. Výzkumná činnost v oblasti teorie kondenzovaných systémů se týká zejména výpočtů z prvních principů a modelování elektronových vlastností kovů a polovodičů, jejich slitin, povrchů a rozhraní a dalších složitých materiálů s netriviální elementární buňkou nebo se zesílenými elektronovými korelačními efekty. Jsou studovány také nerovnovážné a kooperativní jevy v kvantových a klasických statistických systémech pomocí pokročilých analytických a numerických simulačních metod. 14
Oddělení chemie je zaměřeno na přípravu monokrystalů oxidických materiálů pro vysokoteplotní supravodiče Czochralského metodou, bublinové paměti a optiku detektorů záření. Rovněž se provádí příprava monokrystalů InP a GaP a polykrystalů GaInP pro mikroelektroniku. Kód: L Sekce fyziky pevných látek Je největší a nejstarší sekcí (do roku 1979 to byl Ústav fyziky pevných látek). Zahrnuje vědecká oddělení polovodičů, fyziky povrchů a rozhraní, strukturní analýzy, magnetik a supravodičů, tenkých vrstev a optických krystalů. V oddělení polovodičů je skupina technologie, v níž, v laboratoři MOVPE 8, se studuje růst A III B V polovodičových struktur, zejména na bázi GaAs a GaSb, epitaxí z organokovových sloučenin pomocí MOVPE aparatury Aixtron 200 (VF ohřev, možnost růstu za sníženého tlaku). V oddělení fyziky povrchů a rozhraní se provádí výzkum epitaxních metod z molekulárních svazků (MBE) a litografie (Obr.5). V oddělení tenkých vrstev se skupina amorfních a mikrokrystalických polovodičů soustřeďuje na výzkum různých nekrystalických forem křemíku. Hlavními zkoumanými materiály jsou amorfní hydrogenovaný křemík (a-si:h), mikrokrystalický křemík (µc-si:h) a světloemitující (porézní) křemík pro použití v mikroelektronice a fotovoltaických článcích. Obr. 5: Pohled na zařízení MBE (epitaxe z molekulárních svazků) pro vytváření velmi tenkých vrstev (zařízení firmy Veeco, USA, je instalováno ve FZÚ AV ČR) Oddělení optických krystalů se zaměřuje m.j. na přípravu a studium vlastností PVD diamantových vrstev, na amorfní a mikrokrystalický křemík pro aplikace ve fotovoltaice a na růst a vlastnosti optických krystalů zejména různých typů halogenidů. Kód: A, D, L Sekce optiky V sekci optiky vyvíjejí činnost oddělení vícevrstvých struktur, aplikované optiky a optiky (společné pracoviště s Univerzitou Palackého v Olomouci). Oddělení vícevrstvých struktur provádí výzkum depozice tenkých vrstev v nízkotlakých systémech a za atmosférického tlaku, laserovou depozici a studium tenkých vrstev pro optiku, strojírenství a lékařství, elipsometrická měření vlastností pevných látek aj. Oddělení aplikované optiky se zabývá rentgenovou krystalovou optikou pro synchrotronové záření, studiem vlastností systémů tenkých vrstev optickými metodami, 8 MOVPE - Metal Organic Vapour Phase Epitaxy 15
návrhem a výrobou optických prvků a soustav pro viditelnou, UV a IČ oblast záření a vývojem optických měřicích metod. Kód: L, M, I Sekce výkonových systémů V této sekci vyvíjejí činnost čtyři vědecká oddělení: oddělení laserového plazmatu, oddělení chemických laserů, oddělení nelineární optiky a oddělení rtg. laserů. Oddělení laserového plazmatu je zaměřeno na vývoj nových druhů laserů (jódový laser) a související problematiky. Oddělení chemických laserů se především dlouhodobě zabývá výzkumem a vývoje chemického kyslíko-jódového laseru (COIL). Kód: M Kódy souhrnně: A, D, E, G, I, L, M 2.1.4 Ústav analytické chemie AV ČR Veveří 97, 602 00 Brno http://www.iach.cz/uiach Ústav byl založen v roce 1956. Těžiště činnosti ústavu leží v oblasti metodologie kapilárních separačních metod analytické chemie. Problémově je výzkum orientován na biopolymery (proteomika), chirální látky, stopové prvky a životní prostředí. K separačním technikám v ústavu rozvíjeným patří metody elektromigrační (isotachoforéza, zónová elektroforéza, isoelektrická fokusace), frakcionace tokem v poli, kapalinová chromatografie a superkritická fluidní extrakce a chromatografie. Kromě separačních metod se ústav zabývá i analytickými aplikacemi některých spektrálních metod, zejména atomové emisní spektrometrie, atomové absorpční spektrometrie a hmotnostní spektrometrie. V odděleních Bioanalytické přístroje a Separace tekuté fáze se provádí výzkum miniaturizace analytických separačních metod (kapalinová chromatografie, kapilární elektroforéza, analýza jedné buňky, aj.). Kód: G, H 2.1.5 Ústav chemických procesů AV ČR Rozvojová 135, 165 02 Praha 6 http://www.icpf.cas.cz Ústav, založený v roce 1970, se zabývá výzkumem v oblasti teorie chemických procesů, zejména ve vědních oborech chemického inženýrství, fyzikální chemie a inženýrství životního prostředí. Mezi hlavní směry výzkumu patří: molekulární teorie a počítačové simulace kapalných soustav; termodynamika tekutých soustav a fázové rovnováhy; základy procesů využívajících superkritické tekutiny; moderní separační metody; dynamika vícefázových reaktorů a bioreaktorů; katalýza heterogenní, homogenní a katalyzátory biologické provenience, chemické, elektrochemické a transportní procesy ve fluidní vrstvě; laserově indukované reakce a aerosolové procesy pro přípravu nových sloučenin a kompozitů; chemismus destruktivních reakcí toxických organických látek 16
V Laboratoři laserové chemie se provádí: výzkum depozice nových polymerních a křemíkových materiálů IR a UV lasery; výzkum UV laserem indukované polymerizace v plynné fázi; výzkum UV laserem indukované fotolýzy sloučenin organosilicia, organoselenia a organotelluria výzkum IR and UV laserem indukované ablace polymerů. Kód: L 2.1.6 Ústav fyzikální chemie Jaroslava Heyrovského AV ČR Dolejškova 3, 182 23 Praha 8 http://www.jh-inst.cas.cz Ústav, založený v roce 1972, rozvíjí badatelskou činnost ve fyzikální chemii a chemické fyzice se zaměřením na vztahy mezi strukturou a reaktivitou látek. Práce jsou zaměřeny zejména na teoretické (kvantověchemické) i experimentální studium elementárních chemických procesů na atomární a molekulární úrovni (struktura a reaktivita atomů, molekul - včetně biomolekul - a látek, mechanismus reakcí, reakční dynamika) a procesů v mezifázích, především v systémech důležitých pro heterogenní katalýzu, adsorpční, elektrochemické a biologické děje (včetně přípravy nových katalytických, sorpčních a elektrodových materiálů) a na rozvíjení analytických aplikací fyzikálních a fyzikálněchemických metod. Oddělení katalýzy provádí výzkumné práce v oblastech: Syntéza a reaktivita mikroporézních katalytických materiálů (zeolitická molekulární síta); Interakce a pohyblivost molekul v mikroporézních systémech; Sorpce a katalytické chování speciálních materiálů (např. anatas); Organometalická katalýza (komplexy metalocénů). Kód: L, J 2.1.7 Ústav fyziky plazmatu AV ČR Za Slovankou 3, 182 00 Praha 8 http://www.ipp.cas.cz Ústav, založený v roce 1957, rozvíjí výzkum v těchto směrech: neinduktivní buzení proudu v tokamacích pomocí dolně-hybridních vln; turbulence okrajového plazmatu v tokamacích; diagnostika plazmatu; silnoproudý kapilární výboj; generace rázové vlny pomocí výboje ve vodě; vytváření chemicky aktivního nerovnovážného plazmatu v plynech za atmosférického tlaku a v kapalinách; generování rovnovážného vodou stabilizovaného obloukového výboje; interakce plazmatu s ostatními skupenstvími jako základ pro plazmové stříkání, plazmová dekompozice, resp. syntéza; materiálový výzkum spojený s využitím plazmatu; generování hustého horkého plazmatu výkonovým subnanosekundovým jodovým laserem; 17
laserové plazma jako zdroj intenzivního koherentního a nekoherentního rtg záření i mnohonásobně nabitých iontů. V oddělení Materiálové inženýrství se provádí výzkum zaměřený m.j. na: amorfní a nanokrystalické keramické povlaky; mechanické vlastnosti plazmou povlakovaných materiálů; těsnící povlaky pro aplikaci v leteckých turbínách. Kód: L 2.1.8 Ústav makromolekulární chemie AV ČR Heyrovského nám. 2, 162 06 Praha 6 http://www.imc.cas.cz Ústav byl založen v roce 1959. Úkolem ústavu je základní, orientovaný a aplikovaný výzkum v chemii a fyzice polymerů. Hlavními směry výzkumu jsou: Molekulární a supramolekulární polymerní systémy: Studium polymerů a polymerních systémů, jako jsou kopolymery, micely a sítě, a jejich interakcí v kapalných prostředích a taveninách za použití statického a dynamického rozptylu světla, maloúhlového rozptylu světla, rentgenového a neutronového rozptylu a jiných fyzikálních metod. Studium dynamiky struktury polymerizačních reakčních center, supramolekulárních seskupení a částečně uspořádaných složitých polymerních systémů pomocí NMR v kapalném a tuhém stavu, vibrační spektroskopií a kvantově-chemickými výpočty. Biologicky aktivní polymery: Studium a vývoj hydrofilních polymerních systémů pro cílený transport a řízené uvolňování léčiv (např. kancerostatik, imunosupresiv a antibiotik) a jiných biologicky aktivních látek v živém organismu. Syntéza a chemická modifikace polymerů s heteroatomy v hlavním řetězci, jako jsou syntetické poly(aminokyseliny), polyestery a polyamidy, a studium jejich vlastností a potenciálu jako biodegradabilních polymerů v biomedicinálních a farmaceutických aplikacích a jako speciálních technických materiálů. Syntéza hydrofilních monomerů. Příprava nových hydrogelů, jejich fyzikálně-chemické (povrchové vlastnosti) a biologická charakterizace (interakce se živou tkání). Příprava kontaktních a intraokulárních čoček. Funkční polymery: Vývoj materiálů pro chromatografická separační media. Syntéza a charakterizace polymerních nosičů ve formě sférických částic nebo membrán. Imobilizace selektivních ligandů na polymeru. Syntéza polymerů s cílenými vlastnostmi pro řízený transport hmoty, energie nebo informace. Užití polymerních membrán v nových technologiích, při skladování energie a v biosensorech. Teoretické a experimentální studium elektrických a fotoelektrických vlastností sigma- a pikonjugovaných polymerů. Polymerní materiály: 18
Teoretické a experimentální studium organických a anorganicko-organických sítí. Studium vztahů mezi jejich vznikem, strukturou a mechanickými vlastnostmi. Studium termálních, reologických a mechanických vlastností termoplastických, semikrystalických a orientovaných polymerů a jejich morfologie a oxidační stability. Vztahy mezi strukturou a vlastnostmi polymerů. Studium stability fází, mezifázových vlastností a vzniku a vývoje struktury fází v polymerních směsích. Recyklace odpadních polymerních směsí. Vývoj polymerních materiálů pro elektroluminiscenční diody. Výzkum se provádí v 11 vědeckých odděleních, z nichž některé se dělí na pracovní skupiny. Několik oddělení provádí práce, které mohou být nebo jsou využívány v mikrotechnologiích. Oddělení biolékařských polymerů Vědecká činnost oddělení je zaměřena na řešení následujících projektů: Polymery a polymerní systémy pro cílený transport léčiv; Polymerní systémy pro genovou terapii; Hydrogely pro řízené uvolňování léčiv Kód: H, L Oddělení polymerních membrán Aktivity oddělení jsou zaměřeny do třech hlavních oblastí: Příprava a charakterizace nových polymerních materiálů - syntéza kopolymerů s kapalně krystalickými (LC) bloky pro přípravu termotropických a fotocitlivých polymerních materiálů, Příprava polymerních membrán a membránové procesy - příprava protonvýměnných membrán pro vodíkokyslíkové a přímé methanolové palivové články, studie difuzivity, propustnosti a rozpustnosti plynů a par v polymerních materiálech; příprava kompozitních membrán s ultratenkými separačními vrstvami, charakterizace morfologie povrchů polymerů a heterogenních struktur mikroskopií atomárních sil (AFM); Mikro- a nanobiotechnologie pro přípravu biologických rozhraní - příprava nanostrukturovaných molekulárních souborů následnou depozicí biologických a syntetických makromolekul na syntetické polymerní podložky a studie tvorby souborů a jejich vlastností metodami mnohonásobné reflexní infračervené spektroskopie (FTIR, MIRS), rezonance povrchových plazmonů (SPR) a AFM ve vodném prostředí; specifické soubory složené z proteinů, polysacharidů a polypeptidů jsou používány jako biologické afinitní vrstvy v optických biosenzorech a separačních médiích, jako povrchové vrstvy snášenlivé s krví pro zdravotnické prostředky a jako povrchové vrstvy pro kultivaci buněk na polymerních podpůrných strukturách pro tkáňové inženýrství. Kód: L, E, H Oddělení chemie pevných látek se sídlem na Univerzitě Pardubice - Společná laboratoř chemie pevných látek ÚMCH AV ČR a Univerzity Pardubice Skupina nekrystalických materiálů zkoumá způsoby přípravy vysoce čistých skel složených z prvků (S, Se, Te, I, Br) + (P, As, Sb, Ge, Bi a přechodné prvky) nebo jejich kombinací a provádí studium jejich optických vlastností, krystalizace a fyzikálního stárnutí. Vyvíjí se pasivní elementy pro IČ-oblast a senzory, ochranné a antireflexní vrstvy, paměťová media jak pro reversibilní tak i ireversibilní skladování informací. 19
Skupina termoelektrických materiálů se zabývá přípravou a studiem fyzikálních a chemických vlastností materiálů s výraznými termoelektrickými vlastnostmi. Jedná se zejména o vrstevnaté chalkogenidy bismutu a antimonu. V poslední době jsou studovány nové perspektivní termoelektrické materiály se skutteruditovou strukturou. Potenciální využití těchto materiálů lze najít zejména při výrobě termoelektrických chladících modulů, termoelektrických termogenerátorů či IČsenzorů. Kód: L, E, M Oddělení nadmolekulárních polymerních soustav V oddělení působí tři pracovní skupiny: skupina optických jevů, skupina transportních a separačních procesů a skupina fotoniky a paramagnetických jevů. Skupina fotoniky a paramagnetických jevů provádí výzkum a vývoj a studium nových polymerů a polymerních systémů pro potenciální použití těchto materiálů ve fotonických prvcích, jako jsou diody emitující světlo (LED), fotodiody, solární články, paměti, optická záznamová media a další. Připravují se a studují nové konjugované polymery a polymery s luminiscenčními, fotovodivými, fotochromními a mesogenními jednotkami. Užitím polymerních směsí a uspořádaných nanostruktur aktivních elementů se studují možnosti modifikace fotofyzikálních a elektrických vlastností tenkých filmů. Zkoumá se vytváření supramolekulární struktury v tenkých filmech polymerních směsí, které vzniká důsledkem fázové separace jednotlivých komponent. Dále se využívá samouspořádání blokových kopolymerů k přípravě nanostruktur - tenkých vrstev s uspořádanými plochami aktivních elementů (luminiscenčních, fotochromních aj.). Studují se optické, fotofyzikální, elektrické a optoelektronické vlastnosti takto připravených funkčních tenkých vrstev s cílem najít nové a zajímavé jevy využitelné pro aplikace, což zahrnuje studium absorpce, reflexe, změn indukovaných světlem, stacionární a časově rozlišená foto- a elektro- luminiscence, fotovodivosti, fotogenerace a transportu náboje. Kód: L, M Kódy souhrnně: E, H, L, M 2.1.9 Biofyzikální ústav AV ČR Královopolská 135, 612 65 Brno www.ibp.cz Oblast základního výzkumu v BFÚ AV ČR vymezuje výzkumný záměr: "Biofyzika dynamických struktur a funkcí biologických systémů". Badatelská činnost v letech 2005-2010 je proto zaměřena na dynamiku a interakce molekul biopolymerů, zejména DNA, strukturu, funkci a evoluci genomů, topografii buněčného jádra a mechanismy regulace cytokinese jak normálních, tak transformovaných buněčných populací. Hlavní směry výzkumu: vztahy mezi primární strukturou DNA a jejími konformačními vlastnostmi, s ohledem na funkci, patologii a evoluci genomů; interakce DNA s proteiny (histony, HMG proteiny, onkoproteiny, transkripčními faktory a proteiny systémů opravujících poškození DNA) a s protinádorově účinnými látkami obsahujícími kovy; 20
interakce DNA a proteinů v mezifázích ve vztahu k elektrochemickým senzorům pro genomiku a proteomiku; architektura buněčného jádra, uspořádání a modifikace chromatinu, struktura a funkce nukleoproteinů a telomerických komplexů, dynamika genomů a genomových teritorií; vztahy mezi genovou expresí, buněčnou diferenciací, onkogenní transformací a ontogenetickým vývojem; vliv endo- a exogenních mediátorů modifikujících proliferaci, diferenciaci a apoptózu v buněčných populacích; počítačové simulace dynamické struktury a interakcí DNA/RNA s proteiny a biologicky aktivními látkami; Aplikace směřují do medicíny, agrobiologie, ekotoxikologie a biotechnologií. Vědecko-výzkumná činnost probíhá v 16 laboratořích. Laboratoř fyziky biomakromolekul a jejich složek se zaměřuje na: Výzkum elektrod: Příprava pevných elektrod a jejich modifikace: kovové, grafitové/uhlíkové a polovodičové materiály, rtuťové filmové elektrody, amalgamové slitiny, elektrody modifikované chemicky, nanočásticemi a biopolymery; Fyzikálně-chemické vlastnosti připravených elektrod. Jsou studovány elektrochemickými a optickými metodami, analýza povrchové morfologie; Vytváření kondenzovaných filmů a studium dynamiky dvojdimenzionálních kondenzovaných filmů (self-assembled layers) složek nukleových kyselin (báze, nukleozidy a nukleotidy) na rtuťových, rtuťových filmových, amalgámových a pevných kovových elektrodách; Citlivou voltametrickou detekci nukleových kyselin a syntetických oligonukleotidů na chemicky modifikovaných površích; Studium morfologie a konformačních změn nukleových kyselin, oligonukleotidů a proteinů na chemicky modifikovaných pevných elektrodách elektrochemickými (voltametrie, elektrochemická impedanční spektroskopie) a optickými metodami; Vývoj biosenzorů (zejména elektrochemických) detekujících hybridizaci DNA na modifikovaných površích. Kód: E, H, L Kódy souhrnně (AV ČR): A, D, E, F, G, H, I, J, L, M 2.2 UNIVERZITA KARLOVA 2.2.1 Univerzita Karlova, Matematicko-fyzikální fakulta, Fyzikální sekce Ke Karlovu 3, 121 16 Praha 2 http://www.mff.cuni.cz Fyzikální ústav Provádí základní výzkum vlastností polovodičů CdTe a 2D-GaAlAs kvantové struktury. Příprava monokrystalů. Kód: A, L Katedra elektroniky a vakuové fyziky 21
Skupina povrchové fyziky provádí výzkum struktury a reaktivity jedno a vícesložkových kovových systémů: modelové katalyzátory, plynové senzory, nevypařované getry (NEG), výzkum heteroepitaxního růstu tenkých vrstev, výzkum interakce elektronů v povrchové vrstvě pevných látek, přípravu vrstev slitin a nevypařovatelných getrů (NEG) magnetronovým naprašováním. Kód: L Katedra fyziky elektronových struktur Provádí výzkum magnetického chování, transportních vlastností, fázových přechodů a difúzních procesů v tenkých vrstvách, magnetických multivrstvách, intermetalických sloučeninách, tekutých krystalech, uhlíkových kompozitech atd. Kód: L Katedra makromolekulární fyziky Provádí výzkum zaměřený na objasnění vztahů mezi vznikem, strukturou a fyzikálními vlastnostmi syntetických makromolekul a systémů z nich složených (polymerní sítě, blokové a statistické kopolymery, kompozity, organicko-anorganické hybridy,...). Kód: L 2.2.2 Univerzita Karlova, Přírodovědecká fakulta, Chemická sekce Albertov 6, Praha 2 http://www.natur.cuni.cz Katedra anorganické chemie, skupina pevné fáze a materiálové chemie Provádí výzkum zaměřený na nové materiály s důležitými vlastnostmi, nelineární optické materiály s vodíkovou vazbou, přípravu materiálů metodou sol-gel a magnetické nanokompozity. Kód: L, M, D Kódy souhrnně: A, D, L, M 3.3. MASARYKOVA UNIVERZITA V BRNĚ 3.3.1. Masarykova univerzita v Brně, Přírodovědecká fakulta, Fyzikální sekce Kotlářská 2, 611 37 Brno http://www.sci.muni.cz Ústav fyziky kondenzovaných látek Ústav se zaměřuje na studium vybraných materiálů a vrstevnatých struktur, zejména jejich optické odezvy a strukturních vlastností. Jde o kovy, polovodiče i izolanty, zajímavé samostatně nebo jako součásti vrstevnatých struktur. Metodami optické spektroskopie v širokém oboru (od daleké infračervené do ultrafialové oblasti) jsou sledovány zejména vibrační a elektronové stavy a jejich vzájemné ovlivňování, například ve změnách optické odezvy s teplotou. Strukturní vlastnosti jsou studovány především rentgenovou difrakcí a reflexí. Velká pozornost je věnována nízkorozměrným polovodičovým strukturám, vysokoteplotním supravodičům, multivrstvám kov-polovodič-izolátor a polymerům. Kód: A, L Katedra fyzikální elektroniky 22